1. Zeithochaufgelöste Untersuchungen von Carminsäure-DNA-Assoziaten
- Author
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Comanici, Radu Constantin
- Subjects
Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation ,ddc:540 ,DNA - Abstract
Photo-excited carminic acid and carminic acid-DNA complexes in a buffer solution at pH= 7 have been examined using a variety of spectroscopy techniques, that are in particular, the femtosecond resolved fluorescence up-conversion and transient absorption spectroscopy. The observation of dual fluorescence emission, one peaks at 470 nm and the other at 570 nm, indicates to an excited-state (S1) intramolecular proton transfer (ESIPT). A detailed analysis of the transient absorption measurements of an aqueous carminic-acid solution at pH= 7 yielded four lifetimes for the excited state (S1): 8 ps, 15 ps, 33 ps and 46 ps. On the other hand, only two lifetimes, 34 ps and 47 ps, were observed by fluorescence up-conversion spectroscopy because of the detection limitation to the long wavelength edge of the carminic-acid spectrum. The four S1 lifetimes were ascribed to the coexistence of respectively two tautomer (normal and tautomer) forms of carminic acid, in the nondissociated state (CAH) and in the deprotonated state (CA-). The fluorescence up-conversion measurements of carminic acid-DNA complexes exhibited a prolongation of the fluorescence lifetimes. This effect was taken as evidence for the formation of intercalation complexes between the carminic acid and the DNA. The intercalative binding of the carminic acid to DNA was confirmed by the fluorescence titration experiments leading to a binding constant of KB= 5.0105 (M nucleotide)-1 that is typical for anthracycline-DNA complexes. Die statischen und dynamischen Wechselwirkungen zwischen optisch angeregter Carminsäure und DNA wurden mittels verschiedener, komplementärer Techniken der stationären und zeithochaufgelösten optischen Spektroskopie detailliert untersucht. Die stationäre Fluoreszenz und UV/VIS-Absorptionsspektroskopie die Identifizierung von vier Tautomeren der Carminsäure im elektronischen Grundzustand ermöglichte, konnte in durch Messung der UV-Vis-Absorptionsspektren in Abhängigkeit vom pH-Wert nicht nur der pKa-Wert von Carminsäure bei pH= 7 bestimmt werden, sondern auch noch gleichzeitig die Koexistenz von nur einfach deprotonierter Carminsäure mit der nicht-dissoziierten Säure für pH-Werte zwischen pH= 2 und pH= 9 nachgewiesen werden. Die Koexistenz der vier Tautomeren von Carminsäure im Grundzustand der einfach deprotonierten und undissozierten Carminsäure wurde mit Ergebnissen aus semiempirischen ZINDO/S Rechnungen bestätigt. Die statischen Wechselwirkungen und damit die Bindungskonstante und der Bindungsmodus von Carminsäure-DNA-Assoziaten wurde durch Messung von Fluoreszenz-Titrationskurven für verschiedene Carminsäure-Konzentrationen untersucht. Die Carminsäure-DNA-Assoziate haben eine Bindungskonstante von KB= 5.0105 (M nucleotide)-1, was auf einen interkalativen Bindungsmodus hinweist. Die duale Fluoreszenz-emission von Carminsäure mit Maxima bei 470 nm und bei 570 nm zeigt, dass ein intramolekularer Protonentransfer im elektronisch angeregten S1-Zustand (ESIPT) stattfindet. Da die Zeitkonstante des ESIPT von der Molekülgeometrie im S1-Zustand bestimmt wird, wurde der ESIPT als Sonde für die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Carminsäure und DNA genutzt. Die Relaxationsdynamiken von optisch angeregter Carminsäure und Carminsäure-DNA-Assoziaten wurden mittels Femtosekunden-auflösender transienter Absorptionsspektroskopie und Fluoreszenz-Aufwärtskonversion untersucht. Die detaillierte Analyse der gemessenen transienten Absorptionsspektren von Carminsäure in einer Lösung mit pH= 7 ergab vier Lebensdauern für den S1-angeregten Zustand: 8 ps, 15 ps, 33 ps und 46 ps, wobei zwei der vier Lebensdauern, mit 34 ps und 47 ps, durch Messungen mittels der Fluoreszenz-Aufwärtskonversion bestätigt wurden. Die vier Lebensdauern werden zwei Tautomeren von Carminsäure (CAH) und deren jeweils deprotonierte Formen (CA-) im S1-Zustand zugeordnet. Für die Carminsäure-DNA-Assoziate wurde eine Zunahme der Lebensdauer im Vergleich zur reinen Carminsäure nachgewiesen, was als weiterer Hinweis auf eine Interkalation der Carminsäuremoleküle in die DNA bewertet wird.
- Published
- 2007